數據采集系統（DAQ）原理、類型與測量速度優化策略

一、數據采集系統（DAQ）概述

數據采集系統（Data Acquisition，簡稱 DAQ）是一套集硬件與軟件于一體的綜合性系統，其核心功能是借助傳感器或轉換器，對電壓、電流、溫度、應力等各類物理參數進行精準采樣。該系統能夠對這些樣本進行調理，并將其轉換為數字數據，以便后續的捕獲、實時監控以及深入分析。這一過程為工程師和研究人員提供了獲取關鍵信息的重要手段，廣泛應用于工業自動化、科研實驗、環境監測等眾多領域。

二、靜態 DAQ 與動態 DAQ 的區別

（一）靜態 DAQ

靜態 DAQ 在工作過程中，針對每個輸入通道通常僅進行單次測量。它以固定的采樣率開展測量工作，當存在多個輸入通道時，會進行一次或多次測量。這種測量方式更適用于那些變化相對緩慢的物理量，例如溫度或濕度測量。由于測量頻率較低，靜態 DAQ 能夠以較為穩定的方式獲取數據，滿足對緩慢變化參數的監測需求。

（二）動態 DAQ

動態 DAQ 則采用快速連續的測量方式，對每個輸入通道進行多次測量。這種特性使其能夠精準捕獲快速變化的信號，如振動、聲學或結構應力信號等。在高速變化的場景中，動態 DAQ 的高頻率測量能力能夠及時捕捉信號的瞬態變化，為工程師提供更詳細、準確的數據，以便進行深入分析和研究。

三、DAQ 數據記錄儀的作用

DAQ 數據記錄儀在數據采集過程中扮演著重要角色。它依據預先設定的掃描間隔和數據記錄周期，精確捕獲并記錄相關數據。DAQ 系統通過多路輸入通道開關多路復用器、內置信號調理器以及控制系統的高效協同工作，實現了對傳感器信號的自動捕獲。這種自動化的數據記錄方式不僅提高了數據采集的效率，還減少了人為干預可能帶來的誤差，確保了數據的準確性和可靠性。

四、動態數據采集系統的優勢

（一）高采樣率采樣

動態數據采集系統配備了內置硬件信號數字化儀，能夠以高采樣率對單個或多個傳感器的動態信號進行快速采樣。這一特性使其可以精準捕獲電壓、電流、振動或結構應力等參數變化的瞬態信號，為分析動態過程提供了豐富的數據支持。

（二）時域與頻域分析

現代動態 DAQ 系統內置了快速傅里葉變換（FFT）數學算法，這一強大的功能能夠將時域信號顯示轉換為頻域信號顯示。工程師可以根據實際需求，在時域和頻域中對動態信號進行全面分析。時域分析有助于了解信號隨時間的變化情況，而頻域分析則能夠揭示信號的頻率成分，為深入理解信號特性提供了多維度的視角。

五、優化數據采集（DAQ）測量速度的策略

數據采集（DAQ）硬件在測量精度和速度方面存在一定的局限性，測量精度和測量速度之間往往存在折衷關系。當測量速度和事務處理速度的重要性高于對精度的極致追求時，可采取以下策略對中端 DAQ 系統（如是德科技的 DAQ970A 系統）的測量速度進行優化，以滿足大多數設計驗證測試的要求。

（一）選擇正確的多路復用器

中端主機 DAQ970A 為接口模塊提供了 3 個插槽，同時具備用于遠程連接的局域網和 USB 接口。從接口讀取速度來看，局域網和 USB 每秒能夠輕松地遠程傳輸 5000 個讀數。若數據采集系統的其他部分不存在吞吐量限制，理論上可以實現更高的讀取速度。然而，在實際應用中，DAQ 系統的速度瓶頸往往出現在多路復用器接口模塊的機械開關速度上。因此，選擇具有高速機械開關的多路復用器是提高 DAQ 系統測量速度的關鍵因素之一。

（二）配置硬件以提高閱讀速度的技巧

1. 減少系統開銷

在自動測試過程中，DAQ 主機的顯示器和信號器等非必要組件會占用系統的處理時間，從而影響測量速度。為了提高測量效率，可以使用遠程命令禁用整個前面板顯示。通過這種方式，減少不必要的系統資源消耗，使 DAQ 系統能夠更專注于數據采集和處理任務，從而提高整體的測量速度。

2. 合理選擇 DAQ 數字萬用表分辨率

數字萬用表（DMM）分辨率的選擇直接影響測量速度和精度。在選擇分辨率時，應根據實際需求提供所需的詳細信息，確保精度足夠但不過度。例如，如果實際只需要 5.5 位數的精度，而將數字萬用表設置為 6.5 位數，則會浪費處理時間，導致不必要的測量時間消耗。因此，合理選擇數字萬用表分辨率，能夠在滿足測量要求的前提下，有效提高測量速度。

數據采集系統（DAQ）作為獲取物理參數信息的重要工具，在不同應用場景中發揮著關鍵作用。靜態 DAQ 和動態 DAQ 各有其適用范圍，而 DAQ 數據記錄儀和動態數據采集系統則進一步拓展了數據采集的功能和應用領域。在優化 DAQ 測量速度方面，通過選擇正確的多路復用器以及合理配置硬件參數，如減少系統開銷和選擇合適的數字萬用表分辨率等，可以在滿足測量精度要求的前提下，顯著提高測量速度，提高數據采集的效率，為工程設計和科研實驗提供更有力的支持。